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连Science编辑都帮忙“插队”,“拉索”再发重磅

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  连Science编辑都帮忙“插队”,“拉索”再发重磅。

  两个多月前的3月29日凌晨两点,全球科学家正在狂欢,庆祝他们联手研究了一颗大质量恒星死亡瞬间产生的史上最亮伽马射线暴(GRB 221009A)。此时,我国高海拔宇宙线观测站(拉索,LHAASO)首席科学家曹臻坐在安静的角落,默默注视着一切。

  两个多月后的6月9日,还是凌晨两点,拉索合作组在《科学》放出憋了数月的大招,解开了全球狂欢后依然困扰世界的难题——为什么这次爆发会是史上最亮。

  287位科学家联合署名,凭借拉索的海量观测数据,补齐了这颗恒星死亡瞬间的完整亮度变化曲线。3位匿名审稿人在看到这一成果后,惊叹该成果是突破性的非凡的杰出的。为了让更多科学家早日看到数据和结果,《科学》编辑决定,让文章插队出版。

  拉索探测伽马射线暴(GRB 221009A)艺术图。中国科学院供图

  狂欢里的冷静

  约19亿年前,一颗比太阳重20多倍的超级太阳,燃烧完其核聚变燃料后,瞬间坍缩爆炸形成一个火球。巨大的宇宙烟花——伽马射线暴,持续了几百秒。火球与星际物质碰撞后产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙,径直飞向地球。

  约19亿年后,地球级狂欢开始。兴奋的人类用诸如千年一遇万年一遇史上最亮等极端词汇来形容这次伽马射线暴的亮度。

  狂欢的同时,大部分科学家没有失去理性。他们清楚,一些最为基础的问题还没能解答。虽然全球科学家齐心协力画出了这次爆发的瞬时与余辉亮度变化曲线,但余辉曲线没头没尾。没人能解释它是什么时候亮的、什么时候灭的,以及为什么此次伽马射线暴会这么亮。

  在没有数据支撑的情况下,大家有两种猜测。一种猜测认为,恒星爆炸的能量大到无法解释,以至于抛向地球的光极其明亮;另一种猜测认为,恒星用尽生命最后的力量,向两侧喷出了巨大能量,其中一侧恰好直冲地球。

  究竟哪种猜测是对的?没人敢拍板,直到拉索出现……

  2022年10月9日21时20分50秒,位于海拔4410米的拉索接收到了这次伽马射线暴的光子。恒星的爆炸持续了10分钟,拉索共接收到了6万多个高能光子。

  基于史无前例的数据量,团队补齐了亮度变化曲线的头和尾。

  他们发现,曲线的头部十分陡峭。论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员姚志国说,这表明到达地球的光子是极速变亮的,不到2秒的时间里,拉索收到的光子亮了100多倍,超出了以往理论模型的预期。

  他们判断,之所以亮度快速增强,很可能是因为第一波爆炸发生后,后续爆炸产生的后浪瞬间把前浪推到了新高度。

  更重要的是,亮度变化曲线的尾部同样陡峭。拉索合作组发现,爆炸开始后不到10分钟,拉索收到的光子亮度突然间快速减弱。

  根据这根陡峭的尾巴,拉索明确了此次伽马射线暴史上最亮的原因。恒星爆炸后抛射物辐射的张角只有0.8度,而且正对着地球。论文通讯作者之一、南京大学教授王祥玉说,这一结果证明,大质量恒星在死亡瞬间,向两侧喷出了极细的喷柱。

  拉索补齐曲线的头和尾。中国科学院高能物理研究所供图

  宇宙级幸运+地球级实力

  直到初步看到结果,拉索合作组才恍然发觉,自己有多么幸运。

  宇宙中,0.8度锥形细得像是一根针。地球在自转,也在绕着太阳公转,而这枚针飞来时恰好正对着中国大地,戳在了四川稻城海子山上面积大约1.3平方公里、建成不到两年的拉索上。

  这不公平,老天爷对你们太好了,我们干了20年,什么也没看到。一位国际同行在初步了解拉索的观测状态后,忍不住拉住曹臻抱怨。

  宇宙级的幸运,让拉索成为全球唯一一个完整探测到这场伽马射线暴的地面探测器,拉索合作组由此在全球首次精确测量了高能光子爆发的完整过程。

  我们完整记录了万亿电子伏特伽马射线流量增强和衰减的整个过程。曹臻说。

  另一位正在编撰伽马射线暴相关教科书的同行告诉曹臻,他计划把拉索的新发现写进去。曹臻回应:放心写,这个观测结果预计将在今后几十年甚至上百年内保持最佳。

  北京师范大学天文系教授高鹤认为,人们一直期望利用伽马暴研究宇宙的演化历史、重元素的起源以及相对论的正确性等重大问题,而拉索的这一观测结果大大增进了人类对伽马暴辐射机制以及喷流结构等方面的理解。

  在美国宾夕法尼亚州立大学讲座教授Peter Meszaros等国际同行看来,拉索能有此重大发现,不仅得益于宇宙级幸运,更得益于‘拉索’巨大的观测面积和先进的探测器技术,以及观测装置的实力。

  拉索于2021年7月建成并全部投入运行,它由3个探测器阵列组成,包括1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台望远镜组成的广角切伦科夫望远镜阵列。

  此次观测结果由水切伦科夫探测器阵列提供,该探测器是目前国际上最灵敏的甚高能伽马射线源巡天观测装置。它利用36万吨纯净水作为介质,通过水底放置的6240个不同尺寸的光敏探头探测伽马光子留下的信号。

  287位合作者围绕拉索自由组合

  在3月国际狂欢时,陪曹臻一起默默等待的,还有全球另外286位科学家。他们是拉索合作组的成员,也是此次论文的共同作者。

  这些科学家来自全球32家天体物理研究机构、高校的67个研究团队。大家协同做完分析、写出文章后,经过大约一个月的内部评审,合作组里的每个人都签字同意之后,论文才投稿。曹臻说。

  论文署名方面,除了首席科学家、国际合作组发言人曹臻署第一作者之外,其他科学家均按照姓名首字母顺序排序。论文通讯作者共有6位,来自中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学,他们承担了主要的数据分析和理论解释工作。

  曹臻介绍,这样的合作研究方式,已经成了拉索合作组的惯常做法。由于67个研究团队的工作内容会有重合,在研究具体问题时,研究团队之间围绕拉索数据,形成新的组合。

  重新组合时,大家不会在意对方来自哪个单位,因为大家做的工作完全是由兴趣和特长决定的。曹臻说。

  在此次研究中,6位通讯作者和曹臻形成了7人核心小组。通讯作者之一、中国科学技术大学教授戴子高回忆,从2022年10月9日看到伽马射线暴,直到论文投稿,7人组以一周多次的频率在线上讨论拉索的数据并进行理论分析。

  2023年2月1日,他们把论文投给《科学》。一般来说,按照杂志出版的惯例,论文在被接收后需要排队刊发。但是编辑特别照顾我们,帮我们跳过排队环节,插队到了最前面。曹臻说。

  论文发表后,拉索合作组的工作还在继续。截至目前,本次爆炸事件还有许多其他新发现,科学家将不懈深耕‘拉索’数据,力图揭开更多奥秘。曹臻说。(来源:中国科学报 倪思洁)

  相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.adg9328

  作者:王祥玉等 来源:《科学》

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分类标签: 伽马射线暴 Science 科学进展

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